深层平板载荷试验的应用与探讨

第 12卷 第 1期 重庆科技学院学报（自然科学版） 2010年 2月 收稿日期：2009-08-09 基金项目：贵州大学 2009 年度研究生创新基金项目（校研理工 2009041） 作者简介：曾鹏飞（1982-），男，贵州大学资源与环境 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院在读硕士研究生，研究方向为岩土体稳定性及工程治理。 1 深层平板载荷试验方法简介 深层平板载荷试验是一种常用的原位测试方 法，它是以刚性平底承压板模拟建筑物地基，将竖向 荷载均匀传至地基土上，通过实测地基土在荷载作 用下的变形及荷载试验曲线来推求地基土参数的一 种方法 ，如图 1所示。 承压板要求具有足够的刚度、板底平整光滑、板 的尺寸和传力重心准确。 可以选用混凝土、钢筋混 凝土、厚钢板、铸铁板等，常用肋板加固的钢板［1］。根 据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）规定：对深 层 （深度大于 3m） 平板荷载试验， 宜选用面板为 0.5m2 或直径为 80cm 的承压板； 对于均质密实的 土，承压板面积也可以小些，比如 0.1m2；对于岩石 地基， 承压板面积可用 0.07~0.1 m2； 对于碎石类 土，承压板直径或边长（方形）应大于碎石、卵石最 大直径的 10 倍。理论上承压板直径大一些好，但试 验荷载相应增大，试验工作难度加大。 所以实际测 试中，承压板直径选择 0．8m(面积 0．5 m2)。 承压板为 刚性板，厚度 I>30mm［2］。 加荷系统是通过承压板对地基土施加额定荷载 的装置，常见的加荷系统大体上有 4种类型：堆重加 荷系统；千斤顶加荷系统；重物、机械、液压放大加荷 系统；电控稳压式加荷系统［3］。 承压板沉降观测目前主要有两种方法：其一，将 位移传感器安放在传力柱顶部， 这样观测到的位移 包括承压板沉降量及传力柱变形量， 由于钢管弹性 模量已知， 各级荷载作用下的传力柱变形量可以计 算出。因此在总位移中，将传力柱变形量减掉即可得 到承压板沉降量；其二，将两根移位导杆与承压板接 牢并引至孔口，位移计安放在导杆顶端，可直接测出 承压板沉降量，但位移导杆横向上要稳定，避免影响 纵向位移观测［4,5］。 2 工程应用 2.1 工程概况 拟建六盘水市老鹰山煤电化一体化基地动力车 间（主厂房）,该拟建物安全等级为一级，工程重要性 等级属一级，场地等级为二级（中等复杂场地），岩土 工程勘察等级为甲级。该场地岩石以单斜构造为主， 倾向 215°，倾角 48°。从区域地质构造图看该场地没 有大的断裂构造通过，本次勘察也未见断裂构造。基 岩上覆地层为:人工回填土；耕土；灰色粘土；黄色、 褐色、褐黄色粘土；淤泥质粘土；卵石土。基岩为石灰 岩、细砂岩、泥质粉砂岩、泥岩。 该工程场地土层从上至下的分布见表 1。 经勘察证实：（1）该场地土层层厚变化大，土质 深层平板载荷试验的应用与探讨 曾鹏飞 刘祥洋 （贵州大学，贵阳 550003） 摘 要：以贵州水城某公司厂房基础工程为例，对应用深层平板载荷试验确定地基承载力进行了分析与探讨，并就 试验结果提出了一些建议。 关键词:载荷试验；地基承载力；平板荷载 中图分类号：TU413 文献标识码：A 文章编号：1673-1980（2010）01-0107-03 107· · 曾鹏飞，刘祥洋：深层平板载荷试验的应用与探讨 种类较多，分布不均，承载力差异较大；（2）平场后局 部人工填土层较厚；（3）岩层强风化、破碎层较厚、溶 洞 (裂隙 )强发育 ；（4）地下水埋藏较浅 ，潜水位在 6.0m 溶洞(裂隙)发育。 以上 4 点是该场地的主要不 良地质条件。 结合建筑物结构特点和荷载要求以及该场地的 地质条件，基础持力层选在下伏稳定的中风化石灰 岩上。 基础 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 采用沉管灌注桩。 2.2 工程试验方法 本试验按 《岩土工程勘察规范 》（GB50021－ 2001）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002） 及 《贵州建筑地基基础设计规范》（DB22/45－2004） 相关章节进行。 本次深层平板载荷试验采用 Φ800mm 的圆形 承压板， 压板面积为 0.50m2。 采用千斤顶作加载装 置，反力系统为压重平台反力装置，采用工字钢、枕 木、铁板搭设堆载平台，沙袋作反力。 基准系统采用 Φ42 钢管作基准梁， 并固定磁性表架在基准梁上， 同时 4 只位移传感器固定在磁性表架上并互成 90° 角安放在承压板表面；桩顶沉降量采用 4 只量程为 50mm、 精度为 0.01mm 的调频式防水位移传感器， 通过 RS-JYB桩基静载荷测试分析系统量测。 试验 最大加载量按建设方要求进行，试验预估极限荷载 为 4 000kPa，最大加载量为 4 800kPa。 试验按预估 极限荷载 4 000kPa 分 10 级进行 ，当承载力大于 4 000kPa 时按每级 2 000kPa 继续加至最大加载量 4 800 kPa。 每级加载前后各读记压板沉降一次，每 级加载后，按间隔 10、10、10、15、15min，以后按每隔 30min测读一次沉降量。沉降相对稳定标准：当在连 续 2h 内，每小时的沉降量小于 0.1mm 时，则认为已 趋稳定，可加下一级荷载。 终止加载条件： （1）沉降 s急骤增大, 荷载～沉降（P～s）曲线上有 可判定极限承载力的陡降段，且沉降量超过 0.04d(d 为承压板直径)； （2）本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的 5倍； （3）在某一级荷载作用下，24h 内沉降速率不能 达到稳定； （4）当持力层坚硬，沉降量很小时，最大加载量 不小于设计要求的 2倍。 承载力特征值的确定： （1）当 P~s曲线上有明显的比例界限时，可取该 比例界限所对应的荷载。 （2）满足前 3条终止加载条件之一时，其对应的 前一级荷载定为极限荷载， 当该值小于对应比例界 限荷载值的 2倍时，取极限荷载的一半。 （3）当不能按上述要求确定时，取 s/d=0.01～0.015 所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。 （4）试验点的数量不应少于 3点，当满足其极差 不超过平均值的 30%时, 可取其平均值为承载力特 征值 fak。 2.3 试验结果及分析 2.3.1 试验数据及结果 试验点由建设单位确定， 测试过程及结果分析 均严格按规范执行，检测结果汇总表见表 2。 2.3.2 测试结果分析 （1）01 号检测点 。 试验荷载从 0 kPa 加至 4 800kPa， 累计沉降量为 18.91mm，P～s曲线呈缓变 形，无明显陡降段，荷载加载到 4 800kPa 后，已达到 本次试验的荷载要求，总沉降量为 18.91mm，故该试 验点极限荷载为 Qu≥4 800kPa， 承载力特征值为 fak＝2 400kPa。最大回弹量为 9.77mm，回弹率 51.7%。 其变形模量 E0=138.75MPa。 （2）02 号检测点 。 试验荷载从 0 kPa 加至 2 000kPa，累计沉降量为 15.87mm，P～s 曲线呈直线 型，线性变化，试验荷载加载到 4 800kPa，累计沉降 量为 37.61mm，P～s 曲线呈缓变形，无明显陡降段； 表 1 工程土层地质条件表 土层 湿度 状态 厚度/m 人工填土 稍湿 松散 0.4～4.0 粘土 很湿 可塑 0.3～20.8 淤泥质粘土 饱和 软塑 0.8～5.1 卵石土 湿 松散 0.4～1.8 石灰岩 稍湿 极破碎 7.2～23.4 泥岩 湿 破碎 2.3～9.4 角砾岩 湿 破碎 1.6～6.4 表 2 换填垫层静载荷试验汇总表 点号 最大试验荷 载/kPa 最大沉降 量/mm 极限承 载力/kPa 极限承 载力对 应的沉 降量/mm 承载力 特征 值/kPa 承载力特 征值对应 的沉降量 /mm 01 4 800 18.91 ≥4 800 18.91 2 400 9.57 02 4 800 37.61 ≥4 800 37.61 2 000 15.87 03 4 400 44.99 4 000 34.46 2 000 16.34 108· · 曾鹏飞，刘祥洋：深层平板载荷试验的应用与探讨 试验荷载加载到 4 800kPa， 已达到本次试验的荷载 要求，故该试验点极限荷载为 Qu≥4 800kPa,承载力 特征值 fak＝2 000kPa(比例界限值)。 卸载后最大回弹 量为 9.13mm， 回弹率 24.3% 。 其变形模量 E0=6 9.8MPa。 （3）03 号检测点 。 试验荷载从 0 kPa 加至 4 000kPa， 累计沉降量为 34.46mm，P～s曲线呈缓变 形，无明显陡降段，荷载继续加载到 4 400kPa 时，累 计沉降量为 44.99mm，本级沉降量为 10.53mm，沉降 急骤增大，P～s 曲线出现陡降， 根据终止加压条件 （1）可判定该测试点在本级荷载作用下已被破坏，故 该试验点极限荷载 Qu=4 000 kPa， 承载力特征值为 fak＝2 000kPa。 卸载后最大回弹量为 13.66mm，回弹 率 30.4%。 其变形模量 E0=53.5MPa。 3 结 语 （1）根据检测资料分析：01、02、03测试点竖向承 载力特征值的平均值为 2 133kPa；极差为 40kPa，小 于其平均值的 30%， 根据 《岩土工程勘察规范》 （GB50021－2001）及《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）， 拟建场地中风化石灰岩层承载力特 征值为 fak＝2 133kPa。 （2）由于 3个点在相同荷载作用下，沉降差异较 大，因此，在施工中应注意桩端持力层岩性与试验点 岩性的一致性。 同时建议在今后的施工过程中加强 对建筑物的沉降观测工作。 （3）从深层平板荷载试验结果与钻探结果对比来 看， 试验能较好的反映地基土在受荷载情况下的最 大沉降量和变形情况， 但对地基土的强度状况还反 映不够。 （4）深层平板荷载试验条件复杂，测试时间较长， 对场地条件要求苛刻， 而实际工作中干扰因素和 偶然性较多 ， 从而会影响到试验的精度和准确 性 ，同时由于处于经济的考虑 ，一般工程只布置 3 个荷载试验点，增加了试验结果的偶然性和随 机性。 （5）深层平板载荷试验来检验地基土承载力，较 准确的确定地基土承载力参数， 通过查阅规范和与 同类工程的比较，并对试验结果进行了分析。结果表 明， 采用深层平板载荷试验可为岩土工程勘察提供 精确可靠的测试参数，有效检验地基土的承载力，可 广泛用于建筑地基工程中的地基检测。 参考文献 [1]廖洪建.岩土工程测试 [M].北京：机械工业出版社，2007. [2] GB50021-2001. 岩土工程勘察规范 [S]. [3] 何琴 . 人工挖孔灌注桩桩端承载力的深层平板载荷试验 [J]. 矿业研究与发展，2008，28（2）：32-34. [4] GB50007—2002.建筑地基基础设计规范[S]. [5] 余旭 .浅谈人工挖孔灌注桩竖向承载力试验方法[J].安徽 建筑，2002(3)：57-58. 0 400 1 200 2 000 3 6002 800 4 400 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00 24.00 27.00 30.00 s/m m P/kPa 图 1 01 号测点 P-s 曲线 P/kPa 0 400 1 200 2 0002 8003 6004 400 0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00 28.00 32.00 36.00 40.00 s/m m 图 2 02 号测点 P-s 曲线 图 3 03 号测点 P-s 曲线 0 400 800 2 4001 600 3 200 4 400 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 s/m m P/kPa (下转第 139页) 50.00 109· · 贺代春：基于RS-485的自来水厂监控系统设计 整个程序可以分为 3个单元：串口属性设置、数 据传输、数据处理与监测显示。 由于每个采集模块 所测参数不同，所以传输数据的要求也不同，每次发 送模块地址前都要重新对串口属性进行分别设置。 MSComm 控件的 SetOutput 方法可以传输文 本数据或二进制数据。嵌入控制字符、Null 字符等 数据要以二进制形式发送。 由于 ADAM 模块通信 命令里含有控制字符， 所以串口 InputMode 属性 值设为 1，即以二进制形式发送和接收数据。 操作 员可通过上位机控制台向 PLC 控制模块等发出控 制命令。 当一个模块数据到达后， 会产生 OnComm 事 件， 就可以在 OnComm 处理函数中加入处理代码， 并发送下一个模块地址码命令，这样按顺序就会循 环完成所有模块数据的传输和处理。 同时，把数据 在界面上实时显示出来，从而可以对各个模块所测 参数变化情况进行监测。 因为数据采集模块较多，并且每个模块的设置 不同，为了便于用户操作，可以构建模块信息数据 库。在软件开发时把所需要的模块信息输入数据库， 程序运行时用户只需选择使用的模块， 系统程序会 自动从数据库调出模块信息，对串口进行配置，以满 足数据传输的需要。 并且将接收的各模块数据放入 到 SQL Server2000 数据库中，以便对数据进行存放 管理。 4.2 WEB服务软件设计 WEB 服务软件部分采用基于 C 的 ASP.NET 设 计，数据来源于由上位机存入的 SQL Server 2000 数 据库。 考虑到系统服务的安全和可靠性，WEB 服务 只提供监视功能， 不能对各个下位控制模块发送控 制命令。 远程客户机可通过浏览器查看自来水厂的 运行情况。 5 结 语 本设计应用 RS-485 总线， 有效地实现了自来 水厂的信息化技术改造， 同时实现了上位机的监控 和远程WEB浏览服务。 经测试,该系统可靠性强、组 网简单、自动化程度高,具有很好的推广应用前景。 Design of Water Plant Monitoring System Based on RS-485 HE Dai-chun (Yangtze Normal University，Chongqing 408100) Abstract：A low-cost monitoring system solution was presented for the information technology updating of a water plant. The article introduced the characteristic of the RS-485 bus.It presented the detailed design procedures of the system hardware and system software，and provided data transfer communication protocol and control.The operations of the water plant could be viewed by remote computer through the WEB browser.The results showed that the system was running properly，could achieve good results. Key words：RS-485；serial communication；communication protocol；water plant （上接第 109页） Loading Test Application of Deep Plate ZENG Peng-fei LIU Xiang-yang (Guizhou University，Guiyang 550003) Abstract：In this paper，taking foundation engineering plant of a company in Guizhou Shuicheng as an example，it analyzes the bearing capacity of the foundation and proposes some suggestion to the results. Key words：loading test；bearing capacity of foundation；plate load 139· ·